硝化細菌去除氨氣試驗研究

周歡麗

(貴州省環境科學研究設計院，貴陽 550081)

隨著公眾環保意識的提高，人們對大氣環境質量提出了越來越高的要求，只注重粉塵、二氧化硫和氮氧化物的大氣污染防治研究已不能滿足人們對空氣質量的要求，一個新的污染問題——生活垃圾所產生的惡臭污染逐漸引起廣泛重視，惡臭污染防治研究日益活躍[1－2]。

惡臭治理技術從最初的擴散稀釋、水洗，發展到后來的吸附、焚燒、化學吸收，直至新興的生物脫臭、光催化氧化、臭氧氧化、等離子體分解等除臭技術，不外乎借助于物理、化學、生物手段，或其聯合工藝，通過稀釋中和、吸收轉化或生物降解等過程，使惡臭減輕或消除[3]。其中，利用微生物脫臭的研究集中在幾個方面，一是應用亞硝化細菌處理生活污水中氨氮;二是采用固定化硝化細菌對收集的氣態氨進行處理;三是采用復合微生物菌劑對生活垃圾的氣態氨進行除臭處理，其總體代謝選擇性和有效微生物的比例較低。為了提高對惡臭氣體的生物處理效率，以及能就地處理生活垃圾，通過對模擬生活垃圾加入自己篩選、分離和純化、培養的硝化細菌，進行除氨氣脫臭實驗。

1 硝化細菌降解氨氮的機理

自然界的硝化菌通過將氨氧化成亞硝酸鹽和將亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽，完成硝化作用。根據其利用的無機能源不同，分為兩類亞群:亞硝化細菌和硝化細菌。

亞硝化細菌將氨氧化成亞硝酸鹽的反應過程可概括為:

硝化細菌將亞硝酸氧化為硝酸鹽，其氧化過程如下:

2 材料與方法

2.1 培養基

硝化細菌培養基:NaNO21 g，MgSO4·7H2O 0.03 g，MnSO4·4H2O 0.01 g，K2HPO40.75 g，Na2CO31 g，NaH2PO40.25 g，加蒸餾水至 1 000 mL，pH保持自然。固體培養基加5%瓊脂。

亞硝化細菌培養基:(NH4)2SO42.0 g，NaH2PO40.25 g，MgSO4·7H2O 0.01 g，K2HPO40.75 g，MnSO4·4H2O 0.03 g，Ca2CO35.0 g，加蒸餾水至1 000 mL，pH保持自然。固體培養基加5%瓊脂。

富集培養基:(NH4)2SO41 g，MgSO4·7H2O 0.5 g，NaCl0.5 g，FeSO4·7 H2O0.4 g，K2HPO40.5 g，NaHCO31.5 g，CaCl20.1 g，加蒸餾水至1 000 mL，pH保持自然。固體培養基加5%瓊脂。

氨化細菌培養基:氨化細菌培養基:蛋白胨10 g，K2HPO41 g，FeSO40.001 g，MgSO40.5 g，NaCl 0.5 g，微量元素溶液1 mL，加蒸餾水至1 000 mL，用10%碳酸鈉調 pH 為 7.2 ～7.4。

微量元素溶液:硼酸0.5 g，鉬酸鈉0.5 g溶于100 ml蒸餾水。

2.2 菌株分離與純化

分別采集河水污泥、貴州大學(南區)動物科學學院實驗樓旁的土壤、貴州大學(南區)奶牛場附近的土壤，分裝于三個不同的滅菌袋中。

由于自然環境中硝化細菌的數量很少，為了提高分離效率，采用先富集培養再分離純化的方法。將采集到的污泥和土壤稀釋后，接入富集培養基中，使硝化細菌的數量從天然環境中劣勢菌群轉變為人工環境中的優勢菌群[4]，然后采用濃度梯度平板培養法從富集培養基液中分離菌株，再用平板劃線培養進行純化[5]，并進行 Griess，s滴定檢測，作革蘭氏染色鑒定，在顯微鏡下(20×50)觀察菌株形態，根據《伯杰氏細菌鑒定手冊》(第九版)對菌株作初步鑒定。對所得氨化細菌進行奈氏試劑滴定檢測。

2.3 除氨實驗

將分離純化的硝化細菌和氨化細菌分別接種到相應的液體培養基中培養3天，制作懸浮液，濃度分別為:1.2 ×108個/mL 和3.2 ×109個/mL。

取兩只錐形瓶(一只作實驗用，一只作對照組)，上部懸掛一支稱量盒，并做滅菌處理(圖1)。將雞蛋表面用75%酒精反復擦拭無菌處理，敲開蛋殼，倒入大三角瓶搖勻，然后加入制備好的氨化細菌和硝化細菌懸浮液，置于26℃的恒溫培養箱中。稱量盒內放入吸收液(0.01 mol/L的硫酸溶液)，用于吸收瓶內的氨氣。每隔6個小時對瓶內氨氣含量進行一次檢測:用移液槍吸取0.2 mL吸收液，加入到0.2 mL酒石酸鉀鈉溶液，搖勻，再加入0.2 mL的納氏試劑，室溫放置10 min左右，在波長為420 nm處掃描，記錄吸光值，據所得標準曲線(R=0.999 6)計算氨含量[6]。對照組僅添加氨化細菌懸浮液。

式中:CNH3——所取吸收液中氨含量，mg/L;

A——所取吸收液的吸光值。

圖1 除氨實驗示意

2.4 數據處理

本實驗中得出的數據分析結果均采用SPSS V11.5軟件完成t檢驗，P ＜0.05被認為是具有統計學意義的。

3 結果與分析

3.1 菌株鑒定

菌種的初步鑒定結論:從三株菌種的菌落形態、菌株形態和生理生化反應的實驗結果(表1，圖2)，初步鑒定菌株X－D－4、X－D－5、X－D－10屬硝化桿菌科(Nitrobacteriace)的硝化細菌群;菌株Y－D－1、Y－D－2、N－D－1屬硝化桿菌科(Nitrobacteriace)的亞硝化細菌群。

表1 菌株初步鑒定結果

圖2 菌落形態

3.2 氨化曲線

根據吸收液中氨氣的增加來計算氨化作用的速率。

結果表明:自接種氨化細菌至10 h這一時期，氨化細菌進入對數生長期，氨氣急劇增長，在20 h左右達到最大值;之后進入穩定期，氨氣產生量趨于穩定;在60 h之后進入衰退期，表明雞蛋作為培養基質已然耗盡(圖3)。這變化趨勢與前人研究類似[7]。

圖3 實驗中氨化曲線

3.3 硝化細菌除氨效果

對硝化細菌除氨效果進行分析，從表2可見，在1～20 h階段，氨氣量隨著時間增加而增加，表明氨化細菌和硝化細菌處于對數增長期;此后出現降低，說明氨化細菌和硝化細菌處于穩定生長期，同時硝化細菌對氨化細菌產生的氨氣加以利用，因此，氨氣量大大減少，與對照組相比最高去除率達41%;隨后，由于底物消耗殆盡，氨氣量也隨之減少。

表2 硝化細菌對氨氣的去除效果

利用SPSS V11.5對兩組數據進行t檢驗。從表3可見，添加硝化細菌前后，方差分別為0.196和0.173，t=4.199，df=12，P=0.000 16 ＜ 0.01，可以認為處理組和對照組有極顯著差異，即添加硝化細菌可使氨氣濃度極顯著下降。

表3 硝化細菌去氨效果t－檢驗表(α=0.05)

4 結論

(1)本研究從污泥、土壤中采用先富集培養再分離純化的方法篩選到6株細菌，經初步從形態學和生理生化反應判定，它們均屬于硝化桿菌科，其中3株屬于硝化細菌群，另外三株屬于亞硝化菌群。

(2)氨化細菌發生氨化反應產生的氨氣是生活垃圾中一種主要惡臭氣體。本研究將篩選得到的硝化細菌加入反應體系，一方面主要通過其氧化作用中和氨化細菌所產生的氨氣，另一方面則是在反應體系中與“氨氣生產者”——氨化細菌產生競爭關系，導致營養基質快速消耗，兩方面的原因均減少了氨氣的排放量(與對照組相比，減少了41%)。

(3)本研究提出了硝化細菌應用于氨氣除惡臭的有效性及可行性，提高了惡臭氣體的生物處理效率，拓展了微生物除臭研究的新思路。

[1]吳銀彪，夏治強.惡臭治理中的生物方法[J].中國環保產業，1996(4):36－37.

[2]韓艷忠，韓梅，吳英春.微生物除臭評價與分析[J].江蘇環境科技，2006，19(A01):6－7.

[3]Brauer H，Varma G.Air polution Control Equipment[M].1981，New York:Bellin Heideberg.

[4]陳捷音.水中亞硝化細菌和硝化細菌檢測方法的探討[J].環境研究與監測，2007，20(2):21－23.

[5]黃秀梨等.微生物學實驗指導[M].1999，北京:高等教育出版社－施普林格出版社.

[6]賈艷，徐鐵玲，陳素艷.納氏試劑分光光度法測定空氣中氨[J].環境科學導刊，2010(1):91－92.

[7]李輝，徐新陽，李培軍，等.人工濕地中氨化細菌去除有機氮的效果[J].環境工程學報，2008，2(8):1044－1047.